Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

Третий пример — облучение в ядерном реакторе чистого металлического золота. При этом в массе атомов нерадиоактивного золота образуется единственный радиоактивный изотоп — золото 198. Полученный радиоактивный материал используется без химической обработки.

Описанный способ получения радиоактивных изотопов является наиболее употребительным для научно-исследовательских целей, так как этим путем могут быть получены радиоактивные изотопы почти всех химических элементов без примесей других радиоактивных изотопов. Чистота полученных изотопов зависит от чистоты материалов, употребляемых для облучения, и от способа их очистки после облучения.

Вторым источником радиоактивных изотопов в ядерном реакторе является процесс деления урана или другого делящегося материала в ядерном реакторе. При делении образуются бета-излучающие радиоактивные изотопы 34 химических элементов, начиная в периодической системе от № 30 — цинка и до № 63 — европия включительно. Среди этих изотопов есть много изотопов с маленькими периодами полураспада, но ряд изотопов обладает периодами полураспада, удобными для их использования в различных областях науки, техники и военном деле. В таблице на стр. 59–60 приведены наиболее важные долгоживущие изотопы, получающиеся при делении урана.

Кроме того, в ядерном реакторе из урана 238 под действием нейтронов образуется плутоний 239.

Продукты деления мешают дальнейшему протеканию цепной реакции деления в ядерном реакторе. Они поглощают нейтроны и прекращают процесс деления. Ядерный реактор зашлаковывается, поэтому урановые стержни приходится заменять новыми. В условиях атомной электростанции СССР допускается выгорание (деление) 20% первоначального количества урана 235.

Урановый стержень, в котором накопились продукты деления и плутоний, вынимают из ядерного реактора и подвергают растворению в кислоте. Из раствора отделяют продукты деления и плутоний, тем самым добывая делящийся материал — плутоний — и очищая уран от «осколков» деления. Этот процесс отделения сложен и дорог, так как в большом количестве урана содержится ничтожное количество плутония. Отделение проводится на полностью автоматизированном заводе, так как процесс выделения опасен для здоровья людей. Чтобы получить в день 1 килограмм плутония, необходимо построить большой ядерный реактор, по американским данным, тепловой мощностью в 2 000 000 киловатт. Такой реактор содержит много тонн урана. Плутоний и радиоактивные изотопы, получающиеся в результате работы ядерного реактора, являются ценными продуктами. Плутоний может служить вместо урана 235 ядерным горючим, так как он, подобно урану 235, делится под действием нейтронов с выделением нескольких нейтронов и большого количества энергии.

При очистке и регенерировании (отделении) урана из урановых тепловыделяющих элементов после выгорания в них урана 235 и отделения образовавшегося плутония от урана в атомном производстве разделение продуктов деления урана на изотопы отдельных химических элементов не обязательно. Эта задача представляет собою сложную и дорогостоящую химическую операцию, которую не всегда целесообразно выполнять. Однако в ряде случаев для получения ценных радиоактивных изотопов разделение может производиться.